哈佛大学和麻省理工学院通过半色调方法大大缩短从扫描到3D打印的过程

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3D虎 2018-06-08 13:48:19 11814
微导读:

3D打印医疗模型能够形象的将病人解剖结构呈现给医生,是医生进行手术预规划的辅助工具,骨科、心脏外科、神经外科等越来越多的医学学科已经利用3D打印医疗模型进行手术预规划,一定程度上帮助医生提高复杂手……

  3D打印医疗模型能够形象的将病人解剖结构呈现给医生,是医生进行手术预规划的辅助工具,骨科、心脏外科、神经外科等越来越多的医学学科已经利用3D打印医疗模型进行手术预规划,一定程度上帮助医生提高复杂手术的成功率、降低手术风险。


  3D打印医疗模型是通过软件对CT、核磁共振等设备产生的医学影像进行三维建模,并将建模文件传输给3D打印设备进行打印而产生的。总体来说,将位图格式的图像转化为3D打印机可以读取的三维模型数据,这个过程不仅耗费时间,还容易出现精度不高的问题。如今哈佛大学Wyss实验室和麻省理工学院多媒体实验室的研究人员通过一种新的方法,实现了一小时的时间内打印出高精度的人类大脑模型。


哈佛大学和麻省理工学院通过半色调方法大大缩短从扫描到3D打印的过程


  核磁共振和CT扫描等医学成像技术可以产生一系列高分辨率的平面化的位图图像,通过这些图像可以获得如何来建立三维建模的信息。但是,研究人员发现现有的建模方法仍存在耗费时间长、过程繁琐,分辨率低等问题。


哈佛大学和麻省理工学院通过半色调方法大大缩短从扫描到3D打印的过程


  与灰度图片不同,灰度图片需要几种灰度来表达渐变(左图),而半色调(新闻图片中常见)可以仅使用单一颜色的墨迹(右图)来保留灰度渐变。


  半色调又称灰度级,它是反映图像亮度层次、黑白对比变化的技术指标。这种半色调的方法被哈佛大学Wyss研究所James Weaver采用,从而使得核磁共振和CT扫描的图像更容易、更快速地被3D打印设备读取。半色调的方式能够支持3D打印机使用两种不同的材料打印复杂的医学图像,形成一种易于3D打印的格式,以便于能够更好地表达原始扫描数据所记录的所有细节。


哈佛大学和麻省理工学院通过半色调方法大大缩短从扫描到3D打印的过程


  研究人员使用基于半色调的3D打印方法来创建大脑和肿瘤模型,该模型忠实地保存了原始MRI数据中存在的所有细节层次,几乎与人眼可区分的分辨率相同。使用这种相同的方法,还能够使用瓣膜组织的不同材料与瓣膜内形成的钙沉积物相对应地打印出人体心脏瓣膜的可变刚度模型,从而产生表现出机械性能梯度的模型,方便医生深入了解钙沉积对瓣膜功能的实际影响。


哈佛大学和麻省理工学院通过半色调方法大大缩短从扫描到3D打印的过程


  这种方法不仅可以保留高水平的细节并将其打印到医学模型中,而且还可以节省大量的时间和金钱,例如,原来的方式需要手工分割一个健康人脚的CT扫描,例如,它的所有内部骨骼结构,骨髓,肌腱,肌肉,软组织和皮肤都需要超过30个小时,即使是经过培训的专业人员也是如此,而这种方法能够在一个小时内完成。


  通过这种方法,3D打印的钙化心脏瓣膜的多材料模型可以显示具有矿物质密度的精细梯度的硬钙沉积物(白色),这是原来的生物医学3D打印方法不可能完全捕获的。


哈佛大学和麻省理工学院通过半色调方法大大缩短从扫描到3D打印的过程


  结果是令人满意的,根据华盛顿大学放射学助理教授,西雅图弗吉尼亚州临床放射学家Beth Ripley博士,当看到这项技术能够做什么时,感到不可思议,这种方法可以快速创建精美细致的3D打印医学模型,使得3D打印医疗模型更容易被医疗领域作为研究和诊断的工具。


延伸阅读:哈佛大学开发可编程工程复合材料的“旋转3D打印”技术

(来源:3D科学谷) 关键词: 3D打印模型 3D打印 3D打印技术
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